牵引变压器的气候环境适应性设计
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1高海拔环境
1)高原地区平均气温低，日夜温差较大，最低环境温度达－40℃，最高环境温度+40℃。牵引变压器所用金属材料、非金属材料及部件的机械物理性能将受低温环境的影响。
2)海拔越高，大气压力越低，空气密度越低，空气湿度减少，造成牵引变压器空气间隙的击穿电压下降，电气设备的绝缘能力下降。
2.1牵引变压器用金属材料低温适用性选择
低温将影响牵引变压器钢结构金属材料的机械性能，如抗拉强度、屈服强度、疲劳强度会有所增加，而延伸率、断面收缩率、冲击值会降低，导致材料的塑性及韧性下降。冲击韧性对温度下降更为敏感。低温环境受力部位金属结构的破坏形式为脆性断裂。由于断裂的突然性，使牵引变压器运行存在很大的安全隐患，将有可能造成车辆运行重大事故发生。因此合理选择金属材料以保证金属结构在低温下不发生脆性断裂是牵引变压器防寒的重要环节。金属材料Q235A、Q345A、Q345B在－40℃的低温冲击功不满足要求，若作为受力结构将不适用于－40℃低温环境应用。金属材料Q345E、耐候钢09CuPCrNi－A及16MnDR适用于－40℃环境温度，作为牵引变压器油箱、安装座等承重受力结构部件使用。
2．2牵引变压器用橡胶件的低温适用性选择
橡胶材料受温度影响较大，在低温下，橡胶分子热运动减弱，分子链被冻结，橡胶逐渐失去弹性变脆，刚度显著增大，发生硬化并丧失使用性能。因此，常用脆性温度作为橡胶件的耐寒性能指标。橡胶密封件在牵引变压器上主要作为密封和弹性元件使用。用于箱体、油管、阀等与变压器油接触的部位，橡胶件主要作用是密封，要求橡胶具有较好的耐油性、耐热性、耐寒性、耐老化及较好的机械强度［2］。用于出线孔、保护罩等部位，由于不与变压器油接触，工作温度也不高，橡胶件主要作为弹性元件使用。无论是密封件还是弹性元件，都需要在保留橡胶件原有的特性基础上提出耐低温的要求。对于与变压器油有接触的橡胶密封件，还需要考核与变压器油的相容性，不能对变压器油产生污染，影响变压器油的正常使用。可用于－40℃低温环境牵引变压器的橡胶件有氯丁橡胶、三元乙丙橡胶、氟硅橡胶、软木橡胶。
2．3牵引变压器用冷却油低温适用性选择
牵引变压器为油循环强迫风冷却结构，温度降低会使变压器冷却油的粘度增加，油流动性降低，油阻增加，给牵引变压器的油流继电器监测、油泵运行带来困难，从而影响变压器正常运行。以－40℃为考核点，结合牵引变压器设计的绝缘等级选择冷却油，冷却油的凝点需在－40℃以下，可供选择的变压器油有45#，二甲基硅油，壳牌油等。
2.4牵引变压器高海拔电气绝缘设计
海拔每升高1km，大气密度减小约8%，空气密度逐步稀疏。牵引变压器为油浸式全密封结构，其器身浸泡在油中，不与外界空气接触，所以高海拔不会对变压器器身造成影响。对于在空气中的牵引变压器低压出线装置、高压出线装置及其他电气零部件，需要考虑高海拔空气密度降低而带来的外绝缘水平下降的问题。为保证牵引变压器出线装置在高原使用时有足够的沿固体绝缘材料表面放电的能力，必须加大爬电距离。依据标准《EN50124－1:2004铁路应用绝缘配合第一部分:基本要求电工电子设备的电气间隙和爬电距离》根据不同绝缘电压值、环境污染等级、不同绝缘材料分组等级选定最小爬电距离进行修正。牵引变压器出线端子的实际爬电距离应大于该修正值。为保证牵引变压器出线装置在高原使用时电气间隙有足够的耐受电压击穿的能力，必须加大电气间隙。依据标准《GB10237－1998电力变压器绝缘水平和绝缘试验外绝缘的空气间隙》选择相应海拔高度的出线装置间及对地的最小电气间隙。牵引变压器出线端子的实际电气间隙应大于该修正值。牵引变压器低压及高压出线装置的试验，当海拔高于1000m但不超过4000m的设备外绝缘，当试验地点不高于1000m而运行点超过1000m时，其试验电压为GB311．1标准规定的额定耐受电压乘以海拔校正系数Ka，Ka=1/(1．1－H×10－4)，其中H为设备安装的海拔高度，米。
2．5牵引变压器高海拔温升校核
随着海拔升高，空气压力和空气密度的降低，引起空气冷却效果降低，牵引变压器的散热性能下降，油温升高。但考虑随着海拔升高，环境温度逐步下降，可抵消部分或全部的牵引变压器的温升。需要对牵引变压器的温升进行重新校核，依据标准GB1094．2－1996《电力变压器第2部分温升》规定，对于油浸空气冷却式变压器，安装场所海拔高于1000m，而试验场所低于1000m，海拔每增加250m，温升限值降低1K。而在试验地点高于1000m，运行地点低于1000m时，按上述数值朝降低方向调整。换算后的牵引变压器温升值未超出规定温升限值时，可按原额定负荷功率运行;若超过规定温升限值时，应增大牵引变压器的冷却系统的通风量或降低牵引变压器的负荷量。
3结语
1)高海拔地区日夜温差大，夜间气温较低，最低可达－40℃。牵引变压器用部件及材料需具备防寒功能，受力金属材料结构为防止低温脆性断裂发生，需增加考核－40℃低温冲击功;橡胶件的脆性温度作为橡胶件的耐寒性能指标;凝点及粘度为冷却绝缘油能否在－40℃使用的主要考核指标。本文已推荐了满足于－40℃低温环境应用的牵引变压器用金属材料、橡胶件及冷却绝缘油。
2)随着海拔升高，气压降低，空气密度减小。牵引变压器外绝缘水平下降，需对牵引变压器在空气中的高低压电气装置的爬电距离与电气间隙进行修正，并进行耐压试验，使牵引变压器的外绝缘水平满足高海拔环境运行的需求。同时随着空气密度降低，牵引变压器的通风散热能力也下降，对于试验地点与运行地点的海拔高度不同时，需对温升限值进行相应修正。
作者：刘婷 谭文俊 单位：南车株洲电机有限公司